Laut den Wissenschaftlern versteht man unter Industrie 4.0 «eine Vernetzung von autonomen, sich situativ selbst steuernden, sich selbst konfigurierenden, wissensbasierten, sensorgestützten und räumlich verteilten Produktionsressourcen (Produktionsmaschinen, Roboter, Förder- und Lagersysteme, Betriebsmittel) inklusive deren Planungs- und Steuerungssysteme». Diese Erklärung ist immer noch unklar. Es ist hilfreicher, zu fragen, welche Technologien Industrie 4.0 ermöglichen, und dann auf einige Beispiele einzugehen.

Die Treiber

Die technologischen Treiber von Industrie 4.0 lassen sich vier Katego­rien zuordnen:

n Cyber-Physische: Produktionssysteme, also Systeme aus miteinander vernetzten Geräten, Maschinen und beweglichen Gegenständen mit kontinuierlichem Datenaustausch – zum Beispiel über das Internet –, sind ein Treiber. Geräte und Objekte sind umfassend mit Sensoren ausgestattet, die fortwährend Daten über Zustand, Standort, Prozessfortschritt, aber auch Nutzungsverhalten produzieren. Automatisierung, Robotik und Logistik wirken dabei zusammen.

n Big Data entsteht durch die Vernetzung von Maschinen und Objekten. Zum Beispiel während der Produk­tion oder während der Nutzung eines Produkts. Zum Erfolgsfaktor wird künftig, dass alle verfügbaren Daten miteinander verknüpft werden – über die verschiedenen Stufen der Wertschöpfungskette (horizontal) hinweg und zwischen den Akteuren der Zulieferkette (vertikal). Die Kombina­tion und die Auswertung dieser Daten durch innovative Analysetools sind die Basis für das Management des Produktlebenszyklus.

n Cloud-Technologien erlauben es, über das Internet von jedem Ort aus auf zentral gespeicherte Daten eines Prozesses zuzugreifen und diese Daten auch mittels bereitgestellter Verarbeitungs- und Analysesoftware zu bearbeiten. Erst durch Cloud-Technologien ist es möglich, die Menge an Daten, die von Cyber-Physischen Systemen permanent produziert wird, optimal zu bewältigen.

n Auch Additive Fertigungsverfahren wie 3D-Visualisierung und vor allem 3D-Druckverfahren (Siehe auch Bericht Seite 22) spielen eine wichtige Rolle. Beim 3D-Druck werden Bauteile Schicht für Schicht aus Materialien wie Metallen, Kunststoffen und Verbundwerkstoffen quasi gedruckt. Dadurch wird es möglich, aus druckbarem Material Bauteile mit variablen Formen zu fertigen. Additive Fertigung erlaubt somit die vollständige Individualisierung von Produkten. Ausserdem werden Formen möglich, die in anderen Produktionsverfahren nur aufwändig und mit hohem Materialverbrauch gefertigt werden können.

Die Effekte

Drei Beispiele veranschaulichen, was das Zusammenwirken dieser Treiber zustande bringt:

n Im Maschinenbau und der Elek­troindustrie werden intelligente Maschinen, hochflexible Roboter, Positions- und Bewegungssensoren, Automatisierungstechnik und Leistungselektronik noch intelligenter, flexibler und präziser. Datenbasierte Ferndiagnose und -wartung von Maschinen verbreiten sich mehr und mehr. Maschinen, die selbst planen und steuern, gehören auch zu den nächsten grossen Marksteinen der Industrie 4.0.

n Innovative digitale Prozesstechnik, neue, vernetzte und datenbasierte Technologien der Qualitätsüberwachung und -sicherung machen in der pharmazeutischen Industrie eine weitaus stärkere Automatisierung als bislang möglich. Medizinprodukte werden zukünftig vermehrt dezentral in kontinuierlichen Prozessen auf kleineren Anlagen gefertigt – sogar auf Kunden massgeschneidert.

n In einer Energiewirtschaft 4.0 werden intelligente Netze oder «Smart Grids» betrieben und einzelne Erzeugungsanlagen bei immer stärker dezentralisierter Energieerzeugung gezielt ferngesteuert. Die Vernetzung mit den Kunden ermöglicht eine netzoptimierte Steuerung von Anlagen der Energieerzeugung und Verbrauchseinrichtungen. Zugleich werden stark variable Tarife Einzug halten.

Der Baukasten ist gross. Und so gross sind auch die Anwendungsmöglichkeiten. Doch es gilt, wie immer: was Industrie 4.0 einem bestimmten Betrieb bringt, kann nur das Unternehmen selbst entscheiden.

Henrique Schneider,

Ressortleiter sgv